京张高铁客站雨棚清水混凝土施工技术

马少军, 梁生武， 姜 枫

(1.中铁六局集团太原铁建公司， 山西太原 030013; 2.中国铁路总公司工程管理中心, 北京 100038; 2.中铁建工集团有限公司西南分公司, 贵州贵阳 550002)

1 工程概况

新建北京至张家口铁路自北京北站，途经海淀、昌平、延庆，河北省怀来、宣化、终到张家口南站，正线全长174 km，全线设北京北(既有站)、清河、昌平、八达岭长城、东花园北、怀来、下花园北、宣化北、张家口南共9座客站，另外延庆支线设置延庆站(既有站)，崇礼支线设置太子城站。其中昌平、东花园北、怀来、下花园北、宣化北、张家口南等站雨棚设计均采用清水混凝土。昌平站为京张线中间车站，车站站房建筑面积4 990.87 m2，地上4 554.45 m2，地下136.42 m2。站前平台铺面面积：2 797.36 m2。站台雨棚11 019 m2。旅客地道1 240 m2。垂直电梯3部，电动扶梯4部。

昌平站雨棚设计为清水混凝土，即装饰面以现浇混凝土的自然表面效应来体现。通过混凝土的自然颜色和纹理实现美学效果，混凝土表面要求光滑平滑，颜色均匀，无损伤和污染。并呈现有规律性线条或孔眼。本文以昌平站为例。详细介绍了清水混凝土施工技术的混凝土质量控制、模板系统设计及混凝土施工过程。

2 混凝土配合比优化设计

2.1 原材料选择

(1)水泥： P.O42.5低碱水泥，水泥要求活性好、目测色泽一致，水泥与外加剂间要有较好的相容性。

(2)粉煤灰：选用F类II级粉煤灰，不同批次目测色泽一致。

(3)砂：河砂，细度模数大于2.3，目测颜色一致，严格控制含泥量小于3 %， 5 mm 以中的含泥量小于1 %。

(4)碎石：采用5～10 mm和10～20 mm双级配碎石；目测颜色一致，含泥量小于2%。

(5)外加剂1：聚羧酸高性能减水剂(HPWR-R)。

(6)外加剂2： S-AC膨胀剂。

2.2 配合比设计思路

该项目受既有线运营影响，分两个阶段进行施工，两个阶段施工间隔时间较长，如何控制混凝土前后两阶段的色差和不同批次的混凝土色差是本项目的主要难点。因此，在设计混凝土配合比时，根据选定的现场混凝土原材和混凝土施工方案,考虑混凝土的力学性能、耐久性的要求和经济性的要求,研究的比选出混凝土最佳配合比的范围和材料组成。在综合现场拌制混凝土的力学性能、变形性能、耐久性等各项性能和外观质量研究和试验的基础上,最终确定了适用于本项目的房清水混凝土的最优配合比。

2.3 配合比设计步骤

(1)确定配制强度

根据混凝土配制强度计算工式[1]：fcu,o=fcu,k+1.645σ，σ取5，经计算可得出：fcu，o=48.2MPa

(2)确定水胶比

根据施工图设计，混凝土水泥用量≥340 kg/m3， 其中粉煤灰用量≥水泥用量30 %的要求，使用聚羧酸高性能减水剂，并且根据混凝土的性能，在多次重复试配后，混凝土的水胶选择比为0.36。

(3)确定用水量

根据施工图和施工方案中对混凝土坍落度要求，根据现场原材料，得出混凝土用水量为230 kg/m3。减水剂掺量1.2 %(减水剂剂减水率25 %)。添加减水剂后，混凝土用水量(mw0)可按下式计算：

mw0=mw1(1-β)

式中：mw0为混凝土的用水量(kg/m3)；mw1为无外加剂时满足设计坍落度要求的用水量(kg/m3)；β为减水剂减水率(%)。

代入公式可得mw0= 172kg/m3。

(4)确定胶凝材料用量

混凝土胶凝材料用量(mb0)可按下式计算

mb0=mw0/(W/B)

式中：mb0为胶凝材料用量(kg/m3)；mw0为混凝土用水量(kg/m3)；W/B为混凝土水胶比。

计算得出混凝土胶凝材料用量mb0=420kg/m3。

根据规范及设计“宜掺入部分矿物掺合料以降低水化热，从而控制混凝土因水化热引起的开裂”的要求。选用Ⅱ级粉煤灰作为矿物掺合料，掺量为胶凝材料用量的15 %，即粉煤灰用量420×15%=63kg/m3，水泥用量为420-63=357kg/m3。

(5)确定骨料用量

根据规范中粗骨料和细骨料的用量规定：

采用假定容重法计算：

mfo+mco+mgo+mso+mwo=mcp

(1)

βs=mso/(mso+mgo)×100%

(2)

式中：mcp为混凝土拌合物的假定质量(kg/m3)，取2 420 kg/m3；βs为砂率，砂率42 %。

代入公式(1)、(2)即可求得：

mco=357kg/m3；mfo=63kg/m3；

mso=768kg/m3；mgo=1060kg/m3；

mwo=172kg/m3；mao=5.04kg/m3；

(6)配合比调整与确定

通过多次的试验验证，经过对比混凝土色差，观察混凝土表观质量，最终确定最优配合比指标，见表1。

表1 自密实清水混凝土配合比 kg/m3

注：塌落度180～200mm

3 模板设计与安装

3.1 模板设计

本项目均为双柱雨棚，清水混凝土柱的造型为四角圆弧，中间面设25 mm凹槽，由于清水混凝土对模板的刚度、表面光洁度等要求高，模板加工制造时面板要求表面平整、方正，模板间拼缝严密，严格控制面板间的高低差。混凝土浇筑施工过程中如何控制混凝土不漏浆，拆模时不掉块，不损伤棱角是本工程施工的一大难点。通过对项目所在地其他项目实地考察、现场试验等方法，综合比较不同模板体系的优缺点，最终确定采用定型钢模板。

通过将凹槽处直角转角为105°圆角，并将采用整块钢板一次压制成型的模板制造工艺，模板拼缝留置在圆角起弧处等措施，成功解决了凹槽处不漏浆，拆模时不因模板角度题损伤棱角等问题，如图1所示。

图1 单块拼接钢模板

为了使模板安拆作业时方便快捷，同时为减少因模板拼缝留下的竖向蝉缝，柱模板采用四块1.6 m高的钢模板拼接而成，如图2所示。

图2 柱拼接钢模板

3.2 模板安装

3.2.1 模板刷隔离剂

模板进场地后要对新模板进行打磨，打磨完成并清理完成后，涂刷隔离剂，可采用新液压油作为隔离剂。模板打磨完成需用干燥的干净毛巾逐块进行模板表面二次清理，清理时应加强对圆弧角、凹槽及转角处的关注，避免遗漏。清理干净后开始涂刷隔离剂。隔离剂涂刷时先用干净毛巾蘸取少量的隔离剂，按先阴阳角后大面的顺序均匀涂刷，分块涂刷，不得漏刷。隔离剂涂刷完成的模板如不能及时接装，应覆盖薄膜防止模板受到二次污染

3.2.2 模板拼装

模板水平按6×1.6 m+1+1.05 m+1×0.3 m分为8节，并在进场时依次编号。模板安装时，拼缝处应粘贴双面胶，按编号顺序依次组装，为了方便施工，预先分别将1～4节和5～8节组装成一体，再将1～8节整体拼装成整体。拼装过程中要对整体的平整度、模板间的高低差进行校核与调整，并将双面胶与模板面剔平。拼装完成后模板间的拼缝应严密、平整且无错台。要求相邻面板高低差≤2mm,相邻面板拼缝高低差≤0.8mm。并检查拼缝是否严密，以模板内侧看不到外面的光线为合格。

3.2.3 模板安装

模板整体拼装总高度为10.95 m，模板总重9.7 t。

(1)在柱四个角的钢筋上分别标记出位置控制线，以便吊入模板时控制模板标高，模板底面应留出2 cm的空隙，方便模板调整及支垫，支垫可采用聚苯板等塑性材料。

(2)钢模外侧四面按节设置固定的可悬挂高频附着式振捣器的丝杆。

(3)模板吊装前，应先将混凝土浇筑导管安装到位，其管底距底部预留不小于30 cm,且不大于的空隙，以确保混凝土的顺利施工。

(4)模板整体吊装前，在承台上设置模板地锚，模板吊装时由绑扎好的钢筋上部下穿至立柱底部，并留足用于调节柱子标高的千斤顶作业空间。吊装入位后待模板的四根缆风与地锚连接牢固后，方可松掉模板与吊装设备的钢丝绳。之后进行模板平面位置与垂直度调整，调整时主要通过四个千斤顶的不同的顶升和地锚钢丝绳的牵引，来调节校模板的平面位置、标高及垂直度，直至调整到设计要求的允许误差之内后，在模板底部采用聚苯板等塑性材料进行支垫。为了保证模板在吊装与振捣过程中不出现错台 ，模板拼缝处全部设置限位销。

(5)吊装就位，校正模板之后，柱根部采用水泥砂浆封堵，混凝土浇筑需在水泥砂浆封堵至少3-5小时达到一定强度之后才可以进行，免造成漏浆。

(6)由于柱身较高，钢筋一次绑扎到为，钢筋笼容易出现倾斜、扭转等现象，在模板吊装校正之后，通过铁丝纠正钢筋，调整到位后，将钢筋主筋固定于模板对拉孔眼处，防止再将偏位。

(7)再次复检模板的加固情况、模板间的接缝、模板垂直度及钢筋保护层，自检合格后报监理验收。

4 混凝土的浇筑与养护

4.1 混凝土浇筑

(1)为了保证混凝土的施工质量，混凝土开盘前，应对原材的相关指标进行复核，同时进根据天气情况、骨料的水率、交通情况、施工对混凝土坍落度的要求等，适当调整拌合用水量，以确保混凝土浇筑时的坍落度满足现场施工需要。首盘混凝土拌合完成时，需要对混凝土的泌水情况、含气量及塌落度进行检测，同时目测新混凝土色泽是否有较大变化。首盘浇筑的混凝土用量可参考桩基首盘混凝土用量计算方式进行计算，确保首盘浇筑后导管埋深不小于1.0 m，导管需随着混凝土灌注，适时提升和拆卸导管，浇筑过程中导管埋深宜控制在2～3 m，最大不得超过6 m，且不得小于2 m，严禁将导管提出混凝土面。

(2)由于单个立柱混凝土用量较小，故施工时采用料斗浇筑，料斗设计容量宜根据混凝土用量计算确定，以每斗量混凝土上浇筑高度上升1.5 m左右为宜。

(3)浇筑过程中，应根据混凝土浇筑高度及时用振捣器进行振捣，附着式振捣器振捣时，每次振捣时间宜为3～5 s，并随着混凝土面的上升分节依次振捣。

(4)单根立柱浇筑完成后，要对柱顶混凝土表面进行收平，柱顶边缘须进行二次收面，混凝土顶面应与模板顶面齐平。混凝土初凝后要用塑料薄膜覆盖养护，防止表面因水份蒸发产生干缩裂纹。

(5)待混凝土浇筑完成12 h之后，混凝土已初凝，并达到2.5 MPa时，将柱顶外边缘以内50 mm区域进行人工凿毛，并洒水养护。

(6)拆模时间根据同条件试块强度进行确定，强度达到 3 MPa 时方可进行拆模，拆膜时当模板脱开混凝土面时，应人工扶稳模板，吊车缓慢向上向外起吊，防止因模板磕碰混凝土面。

4.2 清水混凝土柱的养护

拆模后，用清水湿润混凝土表面，用塑料薄膜包裹柱身；间隔两小时进行一次洒水养护，以保持混凝土表面湿润，中午高温时段增加养护次数，养护长时间不应少于14 d。

5 结束语

京张铁路清水混凝土施工中，通过对混凝土原材、加工过程、模板设计制造和施工质量的严格控制，使得清水混凝土柱的实体及表观质量达到了设计要求，其混凝土表面平整光滑、色泽均匀，达到了设计对清水混凝土的装饰要求。希望通过本文，为广大同行在今后的清水混凝土相关工程中提供实际的参考价值和借鉴意义。